1 Проветривание шахты (рудника)

Проектирование вентиляции шахты выполняется в следующей последовательности:

- выбор и обоснование способа, схемы и системы проветривания;

- расчёт количества воздуха для проветривания шахты;

- распределение количества воздуха по горизонтам и крыльям шахты;

- подсчет депрессии шахты;

- регулирование распределения воздуха в шахте (между крыльями шахты);

- выбор вентилятора для шахты;

- расчёт калориферной установки;

- расчёт стоимости проветривания.

Bыбор способа, схемы и системы проветривания.

Для шахты может быть применен нагнетательный, всасывающий или нагнетательно-всасывающий способ проветривания.

Способ и схема вентиляции шахты выбирается с учётом конкретных горно-геологических условий и схемы вскрытия шахты.

Принятый способ вентиляции должен обеспечить:

- минимальные потери воздуха;

- минимальное число вентиляторных установок на поверхности;

- минимальную опасность самовозгорания полезного ископаемого.

Наибольшее распространение на рудных шахтах имеет вса­сывающий способ, который применяемся до глубины примерно 1500 м. однако этот способ проветривания имеет недостаток – значительные подсосы воздуха через зоны обрушения. Поэтому при наличии в зоне обрушения наносов небольшой мощное и связи горных выработок шахты с поверхностью через зоны обрушения всасывающий способ применять нецелесообразно.

Нагнетательный способ применяемся при отработке участков месторождений, расположенных близко к поверхности при наличии аэродинамической связи выработок с поверхностью че­рез зону обрушения.

Нагнетательно–всасывающий способ применяется при большом сопротивлении сети шахты (высокой депрессии), нали­чии аэродинамической связи с поверхностью через зоны обруше­ния, при разработке самовозгорающихся полезных ископаемых.

При выборе системы проветривания шахты следует прежде всею решить, будет ли данная шахта с точки зрения проветривания представлять единую систему или ее целесообразно разделить на секции. Деление шахты на секции, в каждой из которых должны быть свои стволы для подачи и удаления воздуха, может потребоваться на крупных шахтах, с большой добычей и боль­шими размерами шахтного поля, при большой депрессии шахты.

Схема проветривания шахты должна обеспечивать безопасность работы в шахте, надежность и экономичность проветрива­ния. Не рекомендуется подача свежего воздуха по стволам, оборудованным скиповым подъемом, а также по наклонным стволам с конвейерами.

Выбранная схема проветривания шахты должна обеспечивать минимальные депрессию шахты, потери воздуха, число вентиляционных сооружений в шахте (дверей и кроссингов).

Все применяемые схемы вентиляции шахт делятся на центральные, фланговые и комбинированные.

Центральная схема проветривания (с расположением воздухоподающих стволов и стволов с исходящей струёй в центре шахтного поля) применяется при небольшой производственной мощности шахты, при ведении работ на глубоких горизонтах.

При фланговой схеме воздух подается по стволу, расположенному в центре шахтного поля, а удаляется из шахты по ство­лам (шурфам), которые находятся на флангах. Фланговая схема является основной при неглубоком залегании месторождения. Фланговая схема с несколькими шурфами применяется при разработке удалённых друг от друга обособленных залежей на разных горизонтах.

Количество воздуха, необходимое для проветривания рудника, должно рассчитываться по следующим факторам; наибольшему числу людей, занятых одновременно на подземных работах, объёму добычи (в зависимости от относительной углекислотообильности или метанообильности), расходу ВВ, пылевому фактору, выхлопным газам двигателей внутреннего сгорания самоходного оборудования. К учёту принимается наибольшее ко­личество воздуха, полученного по вышесказанным факторам.

Необходимое количество воздуха можно подсчитывать «по руднику в целом», когда применяется для взрывных работ не­большое количество взрывчатых веществ и позабойно. При расчёте «по руднику в целом» количество воздуха считается сразу для всего рудника; при позабойном методе количество воздуха определяется для всех мест его потребления (подготовительные и очистные забои, камеры околоствольного двора, обособленно проветриваемые и поддерживаемые выработки) и затем сумми­руется.

1.1 Расчёт количества воздуха по руднику в целом (Q_в , м³/мин);

а) по добыче

Q_д = q · Т , ( 1.1)

где: q – норма воздуха на 1 м³ суточной добычи горной массы, м³/мин;

Т – суточная добыча шахты, м³.

Величина q зависит от категории шахты.

б) по людям

Q_л = δ · n , ( 1.2 )

где: δ – норма подачи воздуха на одного человека, м³/мин;

n – наибольшее количество людей, одновременно находящихся в

шахте.

в) по расходу ВВ

, ( 1.3 )

где: А – количество одновременно взрываемых ВВ в руднике, кг;

В – количество условного оксида углерода, выделенной при взрывании 1 кг ВВ, В = 0,04 м³/кг;

с – допустимая концентрация условного оксида углерода после

взрывания, с = 0,008 %;

t – время проветривания, мин.;

г) по пыли

( 1.4 )

где: S_под. , S_оч. – площадь сечения, соответственно, подготовительных и очистных выработок, м²;

Vоп – оптимальная скорость по выносу пыли;

д) по выделению ядовитых газов самоходным оборудованием

Q_г = q · N, ( 1.5 )

где: q – норма воздуха на 1 кВт мощности используемых двигателей, принимается 6,8 м³/мин;

N – мощность двигателей, кВт.

Окончательно для проветривания рудника принимается наибольшее значение по одному из факторов.

Принятое количество воздуха увеличивается на коэффициент запаса воздуха ( К_з) и добавляется количество воздуха, необ­ходимое для проветривания технологических камер.

1.2 Позабойный расчёт количества воздуха.

Расчет коли­чества воздуха при этом методе производится для отдельных очистных выработок (блоков), обособленного проветривания блоков при нарезных работах, обособленного проветривания подготовительных выработок, технологических камер, а также поддерживаемых выработок. Общее количество воздуха для шахты определяется как сумма результатов этих расчётов и учёта утечек воздуха коэффициентом запаса.

При расчёте позабойным методом подсчёт количества воздуха производится:

- по людям;

- по добыче для всего рудника;

- по расходу ВВ;

- пылевому фактору;

- выхлопным газам двигателей внут­реннего сгорания.

По газам, образующимся при взрывных работах, расчёт количества воздуха производится как для нормального (постоянного в период выпуска руды) режима проветривания, так и для усиленного режима (в период после массового взрыва). Рассчитанные количества воздуха для нормального и усиленного режима проветривания сравниваются и намечаются, в случае необходимости, мероприятия по перераспределению воздуха для проветривания блоков после массового взрыва. Если необходимый расход воз­духа для проветривания после массового взрыва не обеспечива­ется перераспределением воздуха, то принимается два режима вентиляции шахты нормальный и усиленный. Количество воздуха в целом для одного очистного блока ( Q_оч.б ) при нормальном режиме проветривания (в период выпуска руды) находится как сумма количества воздуха для выработок горизонта выпуска (Q_г.в.), загазированных при выпуске руды и вторичном дроблении, и количества воздуха для остальных выработок блока (Q_о.в.), сохраняемых в период выпуска и требующие обособленного проветривания (буровые, ходовые выработки).

Q_оч.б. = Q_г.в. + Q_о.в., ( 1.6 )

По газам ВВ, образующимся при взрывных работах, коли­чество воздуха рассчитывается для нормального и усиленного режима в зависимости от применяемой системы разработки.

Системы разработки рудных месторождений отличаются большим разнообразием, с точки зрения проветривания можно выделить следующие основные типы:

а) системы, у которых очистное пространство представляет собой подобие

лавообразной выработки, проветриваемой сквоз­ной струей;

б) системы, у которых очистное пространство представляет собой камеру,

проветриваемую сквозной струей;

в) системы, у которых очистное пространство не проветри­вается и воздух

подается на проветривание горизонта доставки.

Ниже излагаются методы подсчёта количества воздуха для каждого из них.

Для лавообразных забоев

( 1.7 )

где: t - время проветривания, мин.;

А - фактическое количество одновременно взрываемого в очистном

забое ВВ, кг;

S - площадь поперечного сечения лавообразной выработки, м²;

ℓ - длина вы­работки, м.

Для камерообразных забоев

( 1.8 )

где: V - объем проветриваемой камеры, м³;

К_t - коэффициент турбулентной диффузии, принимается 0,7 - 0,8.

Для систем разработки, в которых очистное пространство не проветривается

( 1.9 )

где m - число одновременно действующих в блоке выработок выпуска руды;

t_в.з. - время проветривания после взрывания заря­да (для вторичного дробления руды, t_в.з. = 5-10 мин);

V_З - объ­ем одной выработки горизонта выпуска руды, считая от скрепер-

ной лебедки до сборной вентиляционной сбойки, м³;

А_У, - величина условного заряда ВВ, кг.

( 1.10 )

где А₁ - количество, соответствующее газовыделению из отбитой руды, кг.

( 1.11 )

где ε - коэффициент, учитывающий более интенсивное газообра­зование из руды в начальный период ее выпуска (ε = 2,7);

Q_p - количество руды, выпущенной из дучек одной выработки, т/сутки;

V_CB - свободный объем в отбитой руде, м³/м³ (V_CB = 0,3);

t_в - время выпуска руды в выработке в течение суток, с;

V_г. - объем всех газов от ВВ – 0,9 м³/кг;

γ_р - плотность руды в раз­рыхленном состоянии, т/м³;

А₂ - средний расход ВВ на одно взрывание при дроблении негабарита (обычно составляет 1-3 кг);

t - время проветривания после взрывания, с.

После массового взрыва

( 1.12 )

где N - коэффициент пропорциональности (N = 40,3, для системы подэтажного обрушения и камерной системы с послойной отбойкой руды скважинами, N=50 для системы этажного обру­шения);

А'_у - условный заряд, величина которого соответствует объему газовыделений в прилегающие к блоку рудничные выра­ботки после массового взрыва:

i - коэффициент, учитывающий фактический объём газовыделений в выработках рудника;

V_З - объём загазированных выработок.

( 1.13 )

где V_исх - объём выработок в сторону исходящей струи, считая от данного блока до земной поверхности, м³;

t - время проветрива­ния (t = 2 ч. при взрывании между сменами и t = 8 ч., при взры­вании в выходные дни).

Расчёт по пылевому фактору производится исходя из опти­мальной по выносу пыли скорости движения воздуха

( 1.14 )

где S₁ - суммарное сечение одновременно работающих вырабо­ток в блоке по выпуску руды (орты, штреки, доставочные камеры ВДПУ и др. выработки), м²;

S₂ - суммарное сечение остальных выработок в блоке, требующих обособленного проветривания (восстающие, буровые), м²;

V₁, V₂ - оптимальные по выносу пыли скорости движения воздуха, м/с.

При системах разработки с открытым очистным простран­ством и большой площадью поперечного сечения очистной вы­работки вместо площади сечения всей выработки следует прини­мать площадь сечения призабойного рабочего пространства.

В камерах большого объёма расчёт воздуха по выносу пыли производить не следует.

Расчёт воздуха по выделению ядовитых газов самоходным оборудованием ведется по формуле:

( 1.15 )

где q - норма воздуха на 1 кВт мощности принятого двигателя, м³/мин;

К - коэффициент одновременности работы машин, при­нимается равным 1,0; 0,9; 0,85 - при одновременной работе в забое одной, двух, трех и более машин, соответственно;

∑М - суммарная мощность двигателей одновременно работающих машин в очистной выработке (блоке), кВт.

Количество воздуха, рассчитанное для очистных выработок по разным факторам, должно сравниваться и окончательно при­ниматься по наибольшему результату. Принятый расход воздуха сле­дует проверить по минимальной и максимальной скорости дви­жения воздуха в очистной выработке.

( 1.16 )

V_max = 4 м/с; V_min = 0,5 м/с.

1.3 Расчёт количества воздуха для проветривания блоков, находящихся в подготовке и нарезке.

Количество воздуха для од­ного блока в нарезке или подготовке определяется как сумма ко­личества воздуха для всех одновременно проходимых и обособ­ленно проветриваемых выработок в блоке.

Расчет количества воздуха для каждой из проходимых вы­работок производится по формулам, приведённым далее.

Для складов ВМ и горючесмазочных материалов

( 1.17 )

где К - коэффициент кратности воздухообмена (для складов ВМ – 0,07; для складов ГСМ – 0,33);

V - суммарный объём выработок склада, м³.

Для электромашинных камер

( 1.18 )

где N₁ - мощность установки, кВт (учитываются одновременно работающие установки);

η - к.п.д. установки;

К_ЗГ - коэффици­ент загрузки в течение суток (для установок с продолжительностью работы 1 ч. и более). К_ЗГ рассчитывается по формуле:

( 1.19 )

где Т - суммарная продолжительность работы установки в тече­нии суток, ч;

t⁰ - температура воздуха, поступающего в камеру в наиболее теплый месяц года, ⁰С.

1.4 Расчёт количества воздуха для поддерживаемых выработок.

К поддерживаемым выработкам относятся выработки, которые необходимо сохранять в шахте для нормального ведения технологического процесса: заезды, запасные выходы, транс­портные съезды для самоходного оборудования, конвейерные выработки, скиповые стволы. Эти выработки не используются ни для подачи свежего воздуха к действующим забоям, ни для уда­ления от них воздуха, а проветривать данные выработки необхо­димо в соответствии с требованиями ПБ.

Расчёт количества воздуха производится по выделению природных газов, газов от двигателей внутреннего сгорания и проверяется по скорости движения воздуха:

( 1.20 )

Количество воздуха для проветривания шахты определяется по выражению:

( 1.21 )

где 1,15 - коэффициент резерва повышения добычи;

∑Q_ог - сумма количеств воздуха для обособленного проветривания очи­стных блоков;

1,43 - коэффициент, исключающий рециркуляцию воздуха;

∑Q_п - сумма количеств воздуха для обособленного проветривания нарезных и подготовительных выработок блоков, находящихся в нарезке и подготовке;

∑Q_к - сумма количеств воздуха для обособленного проветривания технологических ка­мер;

∑Q_пв - сумма количеств воздуха для обособленного про­ветривания поддерживаемых выработок;

К - коэффициент запаса воздуха, который по нормам проектирования рекомендуется при­нимать:

- для систем с закладкой выработанного пространства или системам с обрушением, К = 1,2;

- для систем с открытым выработанным пространством и системам с обрушением, выходящим на поверхность, К = 1,3; при наличии больших незаполненных пустот, К = 1,4.

1.5 Распределение воздуха по выработкам шахты.

Распределе­ние воздуха, принятого для подачи в шахту производится по схе­ме вентиляции шахты, на которой должны быть показаны все действующие камеры, забои и выработки, для которых рассчиты­вался воздух. Распределение воздуха по всем выработкам (ство­лам, квершлагам, штрекам, ортам и т.д.) производится с учётом коэффициента запаса (за исключением очистных забоев), приня­того при подсчете общешахтного количества воздуха, расходы воздуха проставляется по схеме вентиляции шахты.

1.6 Подсчёт депрессии шахты.

Для подсчёта депрессии выбирается та вентиляционная ветвь, депрессия которой будет наибольшей (ветвь с наибольшим количеством воздуха и наиболее протяженная).

Депрессия выбранного направления подсчитывается как сумма депрессий всех выработок, последовательно входящих в эту ветвь от устья воздухоподающего ствола до устья вентиляци­онного ствола. Депрессия отдельной выработки подсчитывается по формулам (h, мм в.ст.):

( 1.22 )

( 1.23 )

где α - коэффициент аэродинамического сопротивления выра­ботки;

L - длина выработки, м;

P - периметр выработки, м;

S - площадь поперечного сечения выработки, м²;

V - скорость движения воздуха по выработке, м/с;

Q - расход воздуха, м³/с.

Данные расчёта сводятся в таблицу1 по нижеприведён­ной форме:

Таблица 1 - Результаты расчета депрессии.

Обозначение выработок на схеме	Наименование выработки	Тип крепи	Количество воздуха (Q, м3/с)	Сечение (S, м2)	Скорость воздуха (V, м/с)	Длина выработки (L, м)	Периметр (Р, м)	Коэффициент аэродинамического сопротивления (α , кг·с2/ м4)	Аэродинамическое сопротивление (R, кг·с2/ м2)	Депрессия (h, мм.в.ст.)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

При расчёте по таблице учитывается только депрессия тре­ния. К ней необходимо добавить депрессию местных и лобовых сопротивлений. Ввиду сравнительно небольшого их удельного веса, депрессии местных и лобовых сопротивлений обычно учиты­ваются укрупнено, путём увеличения депрессии шахты на 10-15%.

Кроме того, должна быть подсчитана естественная тяга и, если она окажется отрицательной (что обычно бывает летом), то к депрессии шахты необходимо прибавить эту отрицательную ве­личину естественной тяги.

1.7 Регулирование распределения воздуха в шахте.

Регулирова­ние необходимо предусматривать между горизонтами и крылья­ми шахты.

Для регулирования распределения воздуха между горизон­тами какого-либо крыла нужно подсчитать депрессию по направ­лению через эти горизонты и если депрессии получаются разные, то регулирование необходимо произвести отри­цательным способом путём постановки вентиляционного окна. Окно ставится на той из параллельных ветвей, где депрессия получилась меньше. Необходимо определить площадь сечения окна.

1.8 Выбор вентилятора.

Выбор вентилятора производит­ся, исходя из полученных данных количества воздуха и депрессии шахты (Q_ш, h_ш). Определяется производительность (Q_в) и депрессия (h_в) вентилятора.

По найденным значениям производительности и депрессии вентилятора производят его выбор по индивидуальным размер­ным характеристикам.

Для определения режима работы вентилятора на графическую характеристику вентилятора наносится характеристика сети.

Выбранный вентилятор должен иметь КПД не менее 0,7 и ре­зерв производительности 20%.

1.9 Подогрев воздуха.

Подогрев воздуха, обычно, в настоя­щее время осуществляется паровыми калориферами. Как прави­ло, подогревается часть общешахтного дебита до температуры 70-80 ⁰С, для того, чтобы после смешивания с основной вентиля­ционной струей температура смеси равнялась +2⁰ С.

В результате расчёта калориферной установки должны быть определены: количество подогреваемого воздуха, теплопроизводительность калориферной установки, поверхность нагрева, тип калорифера, число секций.

В графической части к разделу «Проветривание рудника» на листе должны быть показаны:

- схема проветривания, с указанием всех вентиляционных сооружений согласно требованиям правил безопасности;

- расчётная схема вентиляции шахты:

- графический подбор вентилятора на заданную сеть;

- таблица к схеме вентиляции, в которой указывается: а) способ проветривания;

б) схема проветривания;

в) система проветривания;

г) общее количество воздуха, поступающего в шахту;

д) депрессия шахты;

е) эквивалентное отверстие шахты; ж) утечки воздуха.